Interacción de los sistemas producción de energía durante la realización de esfuerzos máximos

Los primeros estudios para representar la interacción y contribución relativa de los 3 procesos al la producción de energía en esfuerzos máximos datan de las décadas de 1960 y 1970.

A nivel bioquímico la energía que precisa la fibra muscular para producir acortamiento o tensión muscular, imprescindible en cualquier movimiento humano básico o específico, se obtiene fundamentalmente por medio de la descomposición del ATP intracelular.

Esta “ruptura” del ATP está asociada a una reacción exotérmica que produce ADP, Fósforo Inorgánico y la energía necesaria fundamentalmente para la contracción muscular, la transmisión del impulso nervioso, las reacciones de biosíntesis (anabolismo) y el transporte activo celular.

Se puede afirmar que el ATP es una fuente directa de energía, con un funcionamiento semejante al de una “batería recargable”.

Las reservas de ATP y  moléculas fosfágenas  están en las células en cantidad limitada y por eso el principal objetivo del metabolismo energético es mantener un nivel mínimo de estas reservas y resintetizar el ATP y PCr deficitario a la mayor velocidad posible.

Las reservas de ATP se estiman en 5 mlM/Kg de músculo y las reservas de PCr son de 15 – 20 mlM/Kg de músculo (4 o 5 veces más que las reservas de ATP).

La ingestión de alimentos es la fuente que proporciona al organismo las biomoléculas esenciales para obtener la energía necesaria en la resíntesis del ATP. Estos nutrientes o principios inmediatos son fundamentalmente los hidratos de carbono, las grasas, las proteínas, las vitaminas y los minerales. Por medio del metabolismo de la glucosa, ácidos grasos y, en ocasiones, los aminoácidos es cómo el organismo obtiene la energía necesaria para mantener sus funciones vitales.

Desde un punto de vista metabólico, la resíntesis del ATP se puede producir fundamentalmente a través de tres sistemas: Anaeróbico Aláctico, Anaeróbico Láctico y Aeróbico. Estos tres sistemas de resíntesis del ATP funcionan de forma integrada y tienen una inercia de puesta en acción variable en el tiempo (Heterocronismo).

El sistema anaeróbico aláctico produce energía como consecuencia de la descomposición de las reservas del ATP y PCr que ya existen en el músculo. Este sistema permite obtener la energía que precisan los esfuerzos breves y muy intensos (p.e un salto de longitud o un sprint de 100 m), tiene una potencia muy elevada ( 13 Cal/kg/seg ) pero capacidad muy limitada (aproximadamente 20 – 30 seg).

El sistema anaeróbico láctico o glucólisis obtiene la energía a partir de la degradación de la glucosa  que se produce en ausencia de oxígeno. Las reservas de glucógeno (“cadenas de glucosa”) en el músculo son variables, ya que están fuertemente condicionadas por el entrenamiento, especialmente de fuerza, y  de la dieta: 9 – 16 gr / kg de músculo ( 300 – 800 gr en todo el organismo). La reserva de glucógeno en el hígado es de aproximadamente 100 gr.En este sistema, las reacciones anaeróbicas tienen lugar en el sarcoplasma (citoplasma de la célula muscular) y se produce ácido láctico como subproducto y energía a partir de la degradación de la glucosa sin empleo de oxígeno. El sistema anaeróbico láctico es el que produce la energía necesaria para afrontar esfuerzos intensos y relativamente prolongados (p.e. una carrera de 400 m), tiene una potencia elevada ( 7 Cal/kg/seg ), pero también está limitada en su capacidad (aproximadamente 120 – 180 segundos). La capacidad anaeróbica láctica es variable y entrenable porque depende de la concentración de lactato en la fibra muscular y la capacidad del sujeto de tolerar niveles elevados de acidez intracelular.

La producción de lactato aumenta con la intensidad del ejercicio y una concentración de lactato elevada produce una disminución del pH intracelular. Un medio excesivamente ácido supone una inhibición en la actividad enzimática de la glucólisis, lo que provoca un descenso en la velocidad de contracción de la fibra muscular. Durante el esfuerzo, el lactato que se produce en la fibra muscular sale al torrente sanguíneo para ser eliminado/aclarado/oxidado. La eliminación del lactato se realiza fundamentalmente a través de tres procesos: Oxidación, Gluconeogénesis y Excreción.

Es importante destacar que aproximadamente un 80 % del lactato producido durante la glucólisis se oxida durante el ejercicio submáximo, fundamentalmente en el músculo esquelético, aunque corazón, hígado y riñón también oxidan el lactato, pero en una proporción cuantitativamente menor. Con el ejercicio submáximo prolongado la gluconeogénesis hepática se hace  más importante al disminuir los depósitos hepáticos de glucógeno. Con concentraciones de lactato por debajo de 5 – 6 mlM, las pérdidas a través de la orina son mínimas. Por encima de estas concentraciones, los valores ya son más importantes.

El sistema aeróbico de obtención de energía depende de la oxidación de grasas e hidratos de carbono (ácidos grasos y glucosa). En presencia suficiente de O2, la célula muscular es capaz de oxidar la glucosa o ácidos grasos libres y obtener un rendimiento energético relativamente elevado. La fase fundamental de este proceso aeróbico se realiza en las mitocondrias de la fibra muscular (Ciclo de Krebs y Cadena Respiratoria).

El VO2 máximo o Potencia Aeróbica máxima indica la capacidad máxima del sistema aeróbico de producir energía y en este sentido el sistema de aporte de oxígeno (SAO) es el sistema funcional que limita el VO2 máximo (sistema respiratorio + sistema cardiovascular + capacidad oxidativa de fibras musculares). El VO2 en reposo tiene un valor aproximado de 3,5 ml/kg/min y crece de forma lineal con la intensidad de esfuerzo. Al valor de un VO2 estable, en una intensidad de esfuerzo próximo a valores de frecuencia cardiaca máxima y RQ (cociente respiratorio) > 1,1, se denomina VO2 máximo. La Potencia Aeróbica Máxima o VO2 max es un valor variable de  carácter individual y modificable con el entrenamiento en un rango 5 – 20 % aproximadamente..

SISTEMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
ANAERÓBICO ALÁCTICOANAERÓBICO LÁCTICOAERÓBICO
METABOLISMOReservas FosfágenasGlucólisisOxidación de Principios Inmediatos
NECESIDAD DE OXÍGENONo precisa oxígenoNo precisa oxígenoNecesita oxígeno
DÓNDE SE PRODUCESarcoplasmaSarcoplasmaMitocondria
POTENCIA QUE DESARROLLAMuy AltoAltoMedio
CAPACIDAD QUE DESARROLLAHasta 20 segEntre 20” y 180 “+ 3-5 minutos
INTENSIDAD DE ESFUERZO QUE PERMITEMuy AltaAltaMedio-Alta
DURACIÓN DEL ESFUERZO QUE PERMITEBreve y CortaMediaProlongada
RENDIMIENTO ENERGÉTICORendimiento Energético Muy AltoRendimiento Energético AltoRendimiento Energético Medio – Alto
LIMITACIONES O FATIGA DEL SISTEMAEl sistema pierde eficacia en poco tiempo debido al rápido agotamiento de las reservas de fosfágeno existentes.El sistema pierde eficacia en un tiempo relativamente corto debido a una acumulación  elevada de lactato.El sistema es muy eficaz porque permite la realización de esfuerzos muy prolongados con niveles de fatiga más tolerables.

Gastin, P. B. (2001). Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise. Sports medicine31(10), 725-741.

Tabla aportada por Gastin (2001) que resume la participación de los sistemas de producción de energía (%) en esfuerzos máximos de diferentes duración (segundos)

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